加热炉控温技术影响因素分析及改进.docx
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加热炉控温技术影响因素分析及改进
加热炉控温技术影响因素分析及改进
摘要:
该文针对加热炉控温技术存在的问题分别对温度场均匀性和热效率2个影响因素进行分析。
具体因素有各区温升速率差异大、烧嘴燃烧不稳定、测量显示仪表损坏老化严重、导流箱体和喷流槽变形、密封损伤、炉体锈蚀、炉压控制不当、排烟温度、炉膛温度和烟气氧含量控制不当等。
基于各因素提出了控制过剩空气系数、减少炉热损失、维修加热炉、增加控制手段、改进控制技术、优化控制参数和加强人员操作培训等措施。
这些措施有效地提升了产品工艺性能。
关键词:
加热炉;温度控制;影响因素;问题分析;改进措施
中图分类号:
TQ223
文献标志码:
A
0引言
温度是工业对象中的一个重要的被控参数。
由于炉子的种类不同使用的燃料和加热方法也不同;由于工艺不同所需要的温度高低不同所采用的测温元件和测温方法也不同;产品工艺不同控制温度的精度也不同因而对数据采集的精度和所采用的控制方法也不同。
目前铝加工市场的竞争非常激烈普通产品的盈利净值已不能满足企业生存及发展的需要而生产高端铝板材对材料的性能要求极高特别是一些深冲、均热复合等中高端产品其中均热工艺是影响铝产品性能的重要条件之一。
为了使我厂铝产品满足中高端铝产品性能就必须对加热炉的温度均匀性进行精准控制以达到产品工艺要求的设定值或允许的偏离值。
该厂共配备2台加热炉每台的进出料设备配置了受料台、链式运输机、上料机、推料机、轨道桥、取料机、翻料机、液压站及料垫转移车(横向和纵向)为2台共用其动作过程全部采用PLC自动控制。
燃烧系统烧嘴及阀件、控制元器件均采用当前知名度高的进口产品性能安全可靠。
用于热轧轧制前预热及加热保温的立推式铝板锭加热炉设备由苏州新长光热能科技有限公司制造。
单炉装载量为500t采用大风量强制热风循环、喷流加热。
每台加热炉有5个分区可独立进行温度控制每区另装备4个燃烧器采用美国天时ECLIPSE集成式自身换热高速燃气烧嘴具有热效率高、燃烧稳定和结构紧凑的优点。
加热或均热某种型号产品时操作员可根据工艺员下发的工艺参数列表选取对应的工艺清单并进行合理地调整优化设定炉温炉气控制的期望值确认无误后进行点火加热。
1存在问题及影响因素分析
自投入使用以来加热炉的温度控制一直不太理想。
铝铸锭的加热质量直接关系到铝材产品的质量、产量、生产能耗以及机械设备寿命温度控制问题解决后可以提高铝的塑性降低热加工时的抗力减少燃料消耗和氧化损耗。
衡量加热质量、保证铝铸锭均匀加热的因素主要是炉膛温度场的均匀性和燃烧炉的热效率。
1.1炉膛温度场的均匀性
温度场的不均匀性主要是由6点原因造成的。
1.1.1各区温升速率差异较大
有的区在执行工艺后很快就能达到期望炉气温度而有的区却要延迟一段时间。
1.1.2烧嘴燃烧不稳定
对于性能要求较高的产品烧嘴频繁熄火会使加热时长超出允许值严重影响产品的质量造成很大损失。
此原因又可具体细化为3点。
1)空燃比控制不准确燃气和空气的混合比例调节不规范。
在调节时工作人员未使用工具仪表进行操作以达到最佳空燃比而是通过个人主观感觉目测燃烧火焰的焰色和强度进行调节导致炉外调节好的小火火焰重新插入燃烧室内点火时由于空燃比不合适火焰强度达不到要求而熄灭。
2)使用的天然气纯度低。
天然气内部杂质含量和含水量较大增大了点火难度;杂质也易堵塞燃气管路上的各组阀件使燃气发生量减少从而改变已经调整好的空燃比不仅损害设备影响产品质量而且增加了空燃比的调整次数加大了工作人员的劳动强度。
3)燃气压力低于炉组所要求的供气压力值(不低于0.1MPa)。
虽然外部入厂进端的天然气压力值为0.1MPa但通过管道输送至设备点产生的损失、外部燃气压力本身的不稳定以及其他设备共同使用导致负荷加大气压降低也会导致烧嘴频繁熄火。
4)燃烧器从安装使用至今未进行过维护及必要的更换。
部分燃烧器已损坏较严重前端凤翅和燃烧口发生脱落或变形。
1.1.3热电偶及仪表损坏老化严重
其具体表现为2点。
1)测量和显示控制的热电偶损坏或超过时效测量精度降低显示值不正确。
2)热电偶质量较差精度、材质达不到要求出现测量误差。
1.1.4热空气循环不均
导流箱体的导流板和喷流口因铸锭刮碰及热胀冷缩造成变形、扭曲、移位热空气被循环风机强制循环而不是通过导流箱体及导流槽、喷流口喷出到铸锭上导致炉膛内热风循环分布不均匀温度有所偏差加热效果不理想延长加热时间增加燃料消耗。
1.1.5加热炉长久失修
炉体因长期使用未进行维护和大修检查部分炉体和内腔密封岩棉烧损严重再加上长期的热胀冷缩及锈蚀等因素造成靠近烧嘴燃烧口前端的内腔炉壁透火局部温度过高;内部轨道立柱底部、炉体热涨接缝处及炉门边框衔接处透风温度降低较快。
炉腔内均匀分布的温度场产生变化波动极大地影响了产品性能质量给企业造成损失。
1.1.6炉压控制不当
设计时工程师只是通过炉气和铸锭温度来控制加热炉整个加热工艺过程未考虑到炉压变化对加热系统和产品性能质量的影响所以未安装炉压表致使加热炉加热工艺控制系统存在缺陷炉压运行情况处于不可控状态炉压与排烟蝶阀的关系也无法控制。
炉压对于铸锭的加热质量、加热时燃料消耗的影响较大。
在正常情况下加热炉进行铸锭加热工作时应处于微正压状态炉压过大会造成热量从炉门及墙缝中溢出造成燃料浪费给企业造成严重的损失;而处于负压时会吸入冷风使鑄锭氧化烧损降低炉内的热效率使加热周期延长超出工艺所允许的时间并造成铸锭温度不均匀产品性能改变。
另外炉压不稳定也不利于工艺的制定和执行。
1.2燃烧炉热效率
除了以上几个因素外加热炉的热效率也同样影响产品的性能质量、温度场分布和能源消耗。
影响热效率的主要因素是排烟温度控制、炉膛温度控制和烟气氧含量控制。
具体分析如下所述。
1.2.1排烟温度控制
排烟热损失是加热炉的主要热损失之一主要取决于排烟温度和排烟容积。
排烟温度高烟气带走的热量多热损失就会增大热效率降低燃料消耗相应增大。
而造成这个现象的原因主要有3点。
1)使用的天然气含水量大燃烧不完全使得排烟容积增大。
2)天然气和空气混合比例未调整到最佳状态使燃烧室内的空气氧含量增多促使烟气温度增高加大了热效率损失的强度促使排烟温度升高。
相反空气氧含量的减少会使燃烧不完全可能会造成二次燃烧增加铸锭氧化烧损的概率。
3)电动排烟蝶阀关闭不严或打开不到位使逸散的热量随着烟气外溢增加了烟气的排烟温度。
而排烟温度过低则会造成烟道破裂存在温差处产生凝露回流对产品造成不可估量的损失。
因此合理地排烟温度是决定加热工艺执行是否理想的关键指标之一也是影响产品质量性能的关键指标之一。
1.2.2炉膛温度控制
炉膛温度是加热炉的重要工艺操作指标也是保证加热炉长期安全运行的指标之一。
该温度是指烟气离开燃烧室的温度代表炉膛内的烟气温度。
依靠安装在炉膛内的多点热电偶测量并控制炉膛温度。
操作时主要改变燃料在炉膛内的燃烧状况、烧嘴点火分布合理控制燃料流量、空气量和压力来保持炉膛内的合适温度确保燃料在炉膛内的充分燃烧并将介质加热到指定温度。
1.2.3烟气氧含量控制
烟气氧含量的高低直接影响到加热炉的热效率及安全平稳的运行。
当烟气氧含量高时热效率降低使得铸锭表面易被氧化从而影响产品质量性能;当烟气氧含量低时容易造成不完全燃烧。
如果过剩空气系数太小燃料燃烧不完全甚至会造成二次燃烧;如果过剩空气系数太大进入炉膛内的空气太多导致炉膛温度下降造成循环的热风对铸锭传导热量的效果不好影响到产品的最终质量性能。
其中影响过剩空气系数的因素主要包括燃料性质、燃烧器的操作、空气量、烟道挡板的开度和炉体密封性等。
2技术措施改进
经过分析以上的影响因素可以针对性地从2个方面提高加热炉的加热质量和效率。
2.1控制过剩空气系数
在装置负荷变化时根据加热工艺控制好加热炉的排烟蝶阀开口度并及时对电动执行器做出微量的调整减少过剩空气系数。
根据不同的负荷及时调节助燃风机风门挡板、烟道挡板的开度保证烧嘴燃烧完全、燃烧效果良好。
2.2减少加热炉热损失
在加热过程中根据负荷的变化及时调整风门和烟道挡板对烟气循环加热管路的封头和环流管路加大保温棉的覆盖厚度。
经常观察炉内运行情况及时做出调整以减少加热炉的热量损失确保燃烧状态良好。
加强接缝、开合部位与外部环境衔接部位处的封堵和密封性。
加热炉门框与炉体开合处更换新的密封盘根减少炉门框与炉体贴合面的缝隙减小冷风的吸入量和内部热量的逸散防止炉内热效率的降低对产品造成不良影响。
2.3及时检查及维修加热炉
2.3.1清理和更换燃烧器部件
逐个拆解烧嘴清理内部积碳消除阻塞;更换不合格的点火电极;修复燃烧棒前端脱落的风翅和燃烧口对无法修复的进行更换。
改善燃烧器燃烧状况有利于保持火焰燃烧稳定炉膛温度均匀避免火焰偏烧或舔管。
2.3.2修复炉膛内衬
在生产停工期间对炉膛内衬进行检修将内壁因火焰调整不当造成烧透和开裂的地方进行焊接修补消除影响加热炉温度场均匀性的缺陷。
2.3.3修复矫正导流板和喷气口
修复导流槽和喷流口将移位的导流箱体归位矫正变形的导流板和喷流口从而使循环的热风经过导流箱体喷射后不会使铸锭周围温度场产生偏差保证其均匀性。
2.3.4更换老旧热电偶和仪表并选择合适量程
及时更换不合格的热电偶和老化控制显示仪表保证测量显示的准确性避免因仪表器件误差造成损失。
除此以外温度测量的准确与否不仅与选用的测温仪表的准确度等级有关而且还与测量仪表量程范围有关。
相同准确度等级量程不同的测温仪表它们可能产生的绝对误差是不同的。
因此在选用仪表量程时同样准确度等级的仪表应尽量选用测量上限与被测温度相近的儀表也就是说在选用仪表时尽量使它们工作在测量上限附近。
2.4增加必要控制手段改进控制技术
正确设计与选择加热炉的控温系统是保证对加热炉控温准确度的关键。
在控温系统中因控制对象的特性和要求不同控温方式、测温元件、测温仪表等条件也不同。
2.4.1改进燃烧控制系统
将炉压传感器接入燃烧控制系统参与加热炉整个加热工艺的控制过程与控制炉气和料温的热电偶相辅相成对加热炉的温度控制更加精准让炉膛内的温度场的均匀性更好。
2.4.2改进监控系统
外接热电偶进行监控保证炉膛内每个分区的温度均匀性和铸锭温度达到预期给温度控制提供了1个可以进行对比和参与控制的手段。
2.5优化控制参数
2.5.1优化加热工艺控制参数
改进加热燃烧控制系统的各项指标值保证排烟温度、炉膛温度、烟气氧含量在可控范围之内达到目标产品所要的期望值保证最终产品的性能合格。
2.5.2提高气源纯净度
调节天然气进端压力清理气源管路及各部分的阀件增加燃气过滤器和空气过滤器提高气源的纯净度保证燃烧系统运行的稳定性和可靠性。
2.5.3调校空燃比
使用专业工具仪表调校燃气和空气的混合比例以达到最佳燃烧效果。
2.6加强人员操作培训
为了确保炉温的均匀性对操作人员进行培训。
采取手动控制方式进行补偿的方法即在执行工艺时以铸锭温控为准每位操作员要根据各区温度上升特点与外接热电偶进行比对及时对加热炉进行手动控制以满足工艺要求确保铸锭温度不超温。
3改进效果及结论
通过减少加热炉热损失合理优化控制排烟温度、炉膛温度、烟气含氧量做好炉体密封、燃烧器的操作与维护等措施来提高加热炉热效率使各项运行参数指标趋向良好。
经过现场数据采集、分析改善后的加热炉炉温整体均匀性比较稳定目标铸锭在加热、均热过程中物料温度可控制在±5℃范围之内已具备对中高端铝产品进行加工的条件能够达到产品所需的性能指标有效地提高了产品质量提高了资源利用率降低了生产成本。
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